特克斯县巴喀勒克水库面板裂缝预防及处理措施探讨

2014-02-23宋虹兵

水利规划与设计 2014年9期

关键词：勒克垫层坝体

宋虹兵

（新疆伊犁州水利电力勘测设计研究院新疆伊宁 835000）

特克斯县巴喀勒克水库面板裂缝预防及处理措施探讨

宋虹兵

（新疆伊犁州水利电力勘测设计研究院新疆伊宁 835000）

混凝土面板是混凝土面板砂砾石坝的主要防渗体，由于面板防渗体较薄，而且位于坝体表面，面板或多或少都存在裂缝。本文就混凝土面板裂缝的产生原因及其控制措施，裂缝处理措施进行分析总结，为本地区今后类似工程提供设计及施工经验。

混凝土面板防渗裂缝成因预防及处理措施

1 前言

特克斯县巴喀勒克水库位于特克斯县西北约15km处的巴喀勒克沟流域齐勒乌泽克乡境内。该工程坝型为砂砾石面板堆石坝，工程于2011年6月开工建设，2013年10月下闸蓄水。面板作为大坝的主要防渗体，为了有效预防面板裂缝，大坝在施工过程中采取：严格控制坝体填筑质量、坝体填筑料的有效分区、面板浇筑过程中分缝、后期养护等一系列控制措施。对已产生裂缝的面板提出了具体的处理措施。

2 工程概况

巴喀勒克沟水库枢纽工程区多年年平均气温为5.9℃，多年平均年降水量为392.4mm。最大冻土深为133cm。巴喀勒克沟水库枢纽工程具有灌溉、供水等功能，是巴喀勒克沟流域牧区水利工程和流域防洪的重要基础性工程。水库正常蓄水位为1597.00m，拦河坝高54.66m，水库总库容为467.36万m3，死库容58.63万m3，兴利库容347.15万m3，调洪库容61.58万m3。本工程等别为Ⅳ等小（1）型工程，其中主要建筑物级别为：大坝、放水兼导流洞、溢洪道为4级建筑物，次要及临时建筑物为5级。工程区基本地震烈度为Ⅷ度，主要建筑物地震设计烈度为Ⅷ度。混凝土面板坝的面板在水压力的作用下，产生连续的渐变变形，接近底部和两岸是局部受拉区，而中部是受压区。本工程取河床部位受压区面板宽12m（15块），岸坡部位受拉区面板宽6m（33块）,面板坡比1∶1.6，面板最大斜长87.75m。

3 混凝土面板裂缝原因分析

3.1 面板结构裂缝

由于结构设计不合理，引起面板受力变形产生拉应力形成裂缝。主要表现为：面板与坝体填筑料变形不一致，导致面板受垫层料的剪切挤压；面板与坝体沉降变形不一致，导致面板局部脱空而使面板受弯。

3.2 温度应力裂缝

由于混凝土具有热胀冷缩的性质，胶凝材料在水化热过程中放出大量热量，混凝土内部温度上升快，表面温度上升慢，形成内外温差，结构就会产生温度变形，而结构本身又受到各种约束，在温度变形和约束的共同作用下，产生温度应力，当温度应力超过混凝土的即时抗拉强度时就会产生裂缝。

4 混凝土面板裂缝防治措施

4.1 坝体的自然沉降控制

坝体填筑采用分层碾压、逐层控制的方式避免坝体产生不均匀沉降。大坝填筑碾压前必须作碾压试验，填筑碾压中对施工参数及压实效果严格控制，结合现场挖坑检测进行双重控制。同时安设观测仪器进行定期和重点部位沉降观测。在混凝土面板施工前,要保证填筑压实并经过一定时间的自然沉降稳定后再进行，巴喀勒克水库坝体填筑自2012年8月开始，2012年12月结束，面板浇筑自2013年6月开始，2013年9月结束，面板预留自然沉降期为6个月，且经历一个冬季冻融循环。

4.2 面板混凝土下部的垫层控制

巴喀勒克水库在垫层填筑过程中严格控制垫层料的虚铺厚度不大于40cm，碾压遍数不小于8遍，现场检测相对密度Dr≥0.85，垫层料填筑标准符合设计要求后再对坝体进行碾压砂浆护坡。再浇筑面板前，在砂浆垫层与面板之间喷涂3mm厚乳化沥青来减少基础约束和应力。

4.3 坝体结构与分区

根据本工程天然建筑材料分布情况和坝料设计成果坝体填筑分区从上游至下游分为上游盖重区、上游铺盖区、垫层区、特殊垫层区、砂砾料区、利用料堆放区。控制参数见表1。

表1 坝料分区及碾压要求

4.4 面板的分缝

混凝土面板坝的面板在水压力的作用下，产生连续的渐变变形，接近底部和两岸是局部受拉区，而中部是受压区。为适应坝体的变形和滑模施工的要求，并考虑目前国内常用的面板分缝宽度，以及本工程所处地理环境温差较大、面板分缝宽度不宜过大等特点，本阶段取河床部位受压区面板宽12m（15块），岸坡部位受拉区面板宽6m（33块）。

4.5 面板的细部结构

混凝土面板的厚度按照t=0.3+（0.002～0.0035）H，得t=41～49cm，对于中低坝采用等厚面板也是现代面板的实践经验，一般可采用0.30～0.40m。本工程钢筋砼面板厚度采用40cm等厚结构。面板钢筋目的是起限裂作用，控制温度裂缝，抵抗可能出现的拉应力，防止混凝土被挤压破碎而剥落，混凝土面板经受的最大拉、压应变远小于混凝土极限应变值，故在混凝土面板距表面20cm处设一层钢筋网，双向布置，其竖向配筋率为0.4%，水平向配筋率为0.4%。为防止混凝土面板冻裂，在水面变动区及以上增设表层温度筋。

4.6 混凝土材料及外加剂

坝址地区冬季漫长而严寒，多年平均气温为5.9℃，极端最高气温36.4℃，极端最低气温-27℃，冰冻期长达4个月之久，冻土深1.33m，混凝土面板防冰裂采取以下措施：

（1）采用优质425号普通硅酸盐水泥水泥。

（2）采用合适的混凝土配比，掺用引气剂等外加剂及聚丙烯纤维或聚丙烯腈纤维掺和料，以提高混凝土本身的抗裂能力，提高混凝土的施工和易性，提高抗冻、抗渗及耐久性。

（3）在面板砼配合比中以等量取代水泥法掺15%粉煤灰；掺用0.02%DH9引气剂及1%KDNOF-1减水剂，降低水灰比，使含气量达4%～6%。

（4）采用低标号M10砂浆作临时保护层，使得表面连续平顺，减小基础约束。

4.7 混凝土生产、运输、浇筑质量控制

（1）在混凝土生产过程中，严格按配合比执行水泥、水、砂石、外加剂准确称量。

（2）采用砼自卸罐车输送成品混凝土入溜槽，减少转运次数和时间，及时在最短的时间内将混凝土入仓浇筑，并及时振捣，以使混凝土密实并紧贴垫层。

（3）本工程面板浇筑6-9月，特克斯6-9月平均温度25摄氏度，又是雨季，环境温度较适宜浇筑混凝土。

（4）采用插入式变频振捣棒及振动板人工振捣，仓面保证铺料连续，滑模每隔20～30min滑动一次，滑升速度1.1～1.3m/h。

4.8 面板混凝土养护

面板混凝土浇筑过程中，滑模提升速度控制在1.1～1.3m/h，混凝土自拉模起就开始养护，拉模抹面后采用麻布覆盖，利于混凝土散热、保温，同时用花管洒水养护，养护水为不间断长流水，花管采用φ25PVC管，沿河床中间趾板向坝体顶部“T”字型布置，底部接潜水泵。花管出水孔孔径2mm，孔距5cm，梅花形布置。

面板混凝土养护水为趾板上游一泉水，采用7.5kW,60m扬程的潜水泵输送至坝顶花管，花管喷出的水流雾化较大，使水温到达混凝土表面时有所提升，减少了水温对混凝土的影响，养护时间不少于100d，至下闸蓄水结束。养护用的麻布具有保湿和保温的双重功效，加之花管喷水，减少了面板因温差应力和湿差应力产生的裂缝。